DE102018124353A1

DE102018124353A1 - Verstellvorrichtung für eine Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102018124353A1
Application number: DE102018124353.7A
Authority: DE
Inventors: Patrick Wohlhauser
Original assignee: Liebherr Machines Bulle SA
Current assignee: Liebherr Machines Bulle SA
Priority date: 2017-11-11
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-05-16
Also published as: CH714321A1; CN109779690A; US20190145389A1; US11828276B2; US20240052816A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine mit einem Stellkolben, der über einen Stellhebel mit der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine verbunden ist, und einem Regler zum Einstellen des auf den Stellkolben wirkenden Stelldrucks in Abhängigkeit von einer auf einen Steuerkolben des Reglers einwirkenden Steuerkraft, wobei der Stellkolben mit dem Steuerkolben über eine Rückkopplungsfeder verbunden ist. Erfindungsgemäß wird die Rückkopplungsfeder zumindest teilweise in einer topfförmigen Ausnehmung des Steuerkolbens aufgenommen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Der Aufbau einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben-Bauweise ist beispielsweise aus der DE 10 2012 015 503 A1 bekannt. Bei derartigen hydrostatischen Maschinen ist das Förder- /Schluckvolumen durch Verschwenken einer Schrägscheibe verstellbar, an der eine Vielzahl von Kolben anliegen, die in einer Zylindertrommel geführt sind. Das Schwenken der Schrägscheibe erfolgt über eine entsprechende Verstellvorrichtung. Die an Axialkolbenmaschinen gestellten Anforderungen nach hohen Wirkungsgraden und hohen Leistungsdichten erfordern die Verstellbarkeit der Schrägscheibe über einen möglichst großen Winkelbereich. Dies bedeutet, dass der Stellkolben der Verstellvorrichtung einen großen Hubbereich aufweist.
Aus der EP 1 220 990 B1 ist eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine bekannt, bei der der Stellkolben über einen großen Hubbereich verstellbar ist. Hierzu ist der Stellkolben, der über einen Stellhebel mit der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine verbunden ist, über eine Rückkopplungsfeder mit dem Steuerkolben desjenigen Reglers verbunden, der den zum Einstellen des auf den Stellkolben wirkenden Stelldruck in Abhängigkeit von einer auf den Steuerkolben des Reglers einwirkenden Steuerkraft dient. Hierdurch wird eine einfach und robust aufgebaute Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben-Bauweise geschaffen, bei welcher der Verstellweg des Stellkolbens die gewünschte Rückwirkung auf die Position des Steuerkolbens ausübt. Da die Rückkopplungsfeder dem vergleichsweise langen Verstellbereich des Stellkolbens folgen muss, weist diese eine recht große Länge auf. Dies führt dazu, dass auch der gesamte Regler eine goße Längenabmessung aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine noch kompakter zu bauen, wobei insbesondere die Baulänge reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach weist eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine einen Stellkolben, der über einen Stellhebel mit der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine verbunden ist, und einen Regler zum Einstellen des auf den Stellkolben wirkenden Stelldrucks in Abhängigkeit von einer auf einen Steuerkolben des Reglers einwirkenden Steuerkraft auf, wobei der Stellkolben mit dem Steuerkolben über eine Rückkopplungsfeder verbunden ist. Die Rückkopplungsfeder ist erfindungsgemäß zumindest teilweise in einer topfförmigen Ausnehmung des Steuerkolbens aufgenommen. Hierdurch wird eine besonders kompakte Anordnung erzielt.
Im Unterschied zur bereits bekannten Lösung aus der EP 1 220 990 B1 , in der die Rückkopplungsfeder mit einigen Windungen in den teilweise hohlgebohrten Stellkolben eintauchen konnte, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der topfförmigen Ausnehmung des Steuerkolbens eine wesentlich kürzere Gesamtbaulänge ermöglicht, da der Steuerkolben funktionsbedingt wesentlich länger baut als der Stellkolben. So kann die topfförmige Ausnehmung des Steuerkolbens so lang ausgeführt werden, dass im Wesentlichen die gesamte Rüpckkopplungsfeder in dieser im zusammengedrückten Zustand aufgenommen werden kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Demnach ist vorzugsweise der Steuerkolben in einer Steuerkolbenaufnahmebohrung angeordnet und der Stellkolben in einer Stellkolbenaufnahmebohrung, wobei die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung ineinander übergehen. Dabei weist die Stellkolbenaufnahmebohrung einen größeren Durchmesser auf als die Steuerkolbenaufnahmebohrung. Die Stellkolbenaufnahmebohrung und die Steuerkolbenaufnahmebohrung bilden somit einen Absatz in dem Verstellvorrichtungsgehäuse, sodass bei einer Montage der Stellkolben von einer Seite in die Stellkolbenaufnahmebohrung eingesetzt wird, während der Steuerkolben von der anderen Seite in die Steuerkolbenaufnahmebohrung eingesetzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung im Verstellvorrichtungsgehäuse coaxial angeordnet sind. Diese coaxiale Anordnung führt dazu, dass auch der in der Steuerkolbenaufnahmebohrung geführte Steuerkolben und der in der Stellkolbenaufnahmebohrung angeordnete Stellkolben auf einer Achse angeordnet sind, wobei sie natürlich auf der Achse axial versetzt sind. Eine deratige Anordnung von Steuerkolben und Stellkolben auf einer Achse ist auch bereits aus der EP 1220990 B1 bekannt. Dort werden Steuerkolben und Stellkolben in eine einheitliche Bohrung mit einem Nenndurchmesser bei der Montage von einer Seite eingesetzt. Durch die erfindungsgemäße stufenförmige Ausführung der Aufnahmebohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern kann insbesondere in dem Bereich des in der kleineren Steuerkolbenaufnahmebohrung angeordneten Steuerkolbens das Gehäuse kleiner dimensoniert werden.
Die coaxiale Ausrichtung von Steuerkolben und Stellkolben entsprechend der vorgenannten Ausführungsform und ist allerdings nachteilig, da der über einen Stellhebel mit der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine verbundene Stellkolben eine über den Stellhebel eingebrachte Querkraft kompensieren muss, die zu einer ungleichmäßigen Beaufschlagung des Stellkolbens in der Stellkolbenaufnahmebohrung führt. Als Kompensation dieser Querkraft sieht die vorliegende Erfindung zwei alternative bevorzugte Ausführungsvarianten vor.
Die erste Ausführungsvariante besteht darin, dass die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung unter einem Winkel zueinander ausgerichtet sind. Der Winkel ist dabei so ausgewählt, dass die auf den Stellkolben über den Stellhebel an einem Ende aufgebrachte Querkraft über den entsprechend angewinkelten Steuerkolben und die durch diesen geführte Feder kompensiert wird.
Eine alternative Ausführungsvariante besteht darin, dass die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung derart zueinander versetzt angeordnet, dass die entsprechende Querkraft ebenfalls kompensiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nimmt die topfförmige Ausnehmung nicht nur die Rückkopplungsfeder auf, sondern ist gleichzeitig mit Hydrauliköl auf Stelldruckniveau gefüllt. Das Hydrauliköl gelangt über entsprechende Bohrungen in der Seitenwandung in die topfförmige Ausnehmung des Steuerkolbens. Die auf Umfang angeordneten Stelldruckbohrungen können über eine in der Seitenwandung der topfförmigen Ausnehmung vorgesehenen Nut miteinander verbunden sein. Die Ölverbindung zwischen dem Hohlraum im Steuerkolben und im Stellzylinder erfolgt in axialer Richtung. Zur Vermeidung, dass bei dem Regler eine Beeinflussung der Position des Steuerkolbens vom Stelldruck vorliegt, muss eine Kompensation geschaffen werden. Hierzu wird eine zusätzliche Ölverbindung geschaffen, durch die das unter dem Stelldruck stehende Öl auch die der Feder abgewandte Stirnseite des Steuerkolbens erreicht. Hierzu ist eine axiale Bohrung zur der topfförmigen Ausnehmung gegenüberliegenden Seite des Steuerkolbens vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der an der Außenseite gestufte Steuerkolben in seinem endnahen Abschnitt an der dem Boden des Steuerkolbens gegenüberliegenden Seite über einen Ring in die Steuerkolbenaufnahmebohrung montiert. Über diesen Ring wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass beide Querschnittsflächen des Steuerkolbens, die mit dem Stelldruck in jeweils entgegengesetzter Richtung beaufschlagt werden, die gleiche Größe aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vom Stellkolben ausgehend ein Stößel durch den Steuerkolben geführt, wobei am freien Ende des Stößels ein Federteller angeordnet ist und wobei sich die Rückkopplungsfeder einerseits am Federteller und andererseits am Boden der topfförmigen Ausnehmung des Steuerkolbens abstützt. Bei dieser Bauform handelt es sich um einen sogenannten Leistungsregler.
Erfindungsgemäß können als Regler sowohl derartige Leistungsregler wie auch Volumenstromregler eingesetzt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die insbesondere bei Leistungsreglern zum Tragen kommt, weist die Rückkopplungsfeder eine nicht lineare Federcharakteristik auf. Besonders bevorzugt wird hierfür eine einteilige Feder mit einer nicht linearen Federcharakteristik verwendet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Rückkopplungsfeder eine progressiv ansteigende Kraft-Federweg-Kennlinie aufweist. Eine deartige Federcharakteristik ermöglicht einen einfachen Aufbau eines Leistungsreglers, bei dem sich der Steuerkolben und der Stellkolben über eine solche gemeinsame Feder im Kraftschluß befindet. Über eine entsprechende Federcharakteristik kann eine Reglerkennlinie erzeugt werden, die einer mathematisch exakten Hyperbel (p_HD * Q = Konstant) sehr nahe kommt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile werden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

die 1a, 1b: die schematische Darstellung eines Volmenstromreglers (1a) und eines Leistungsreglers (1b);
2: eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer Verstellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Arbeitsstellung;
3: die Verstellvorrichtung gemäß 2 in einer anderen Arbeitsstellung;
4: eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch eine Verstellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5: eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6: die Ausführungsform gemäß 5 mit einer Erläuterung der einwirkenden Kräfte;
7: eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer Verstellvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8: eine Schnittdarstellung durch ein Teil der Verstellvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform vorliegenden Erfindung;
9: eine Diagrammdarstellung der Federcharakteristik einer erfindungsgemäß eingesetzten Rückkopplungsfeder und
10: ein Diagramm mit der Kennlinienschar für einen Leistungsregler gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die im folgenden beschriebene Verstellvorrichtung dient zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine. Der Aufbau einer entsprechenden Axialkolbenmaschine ist beispielsweise aus der EP 1 220 990 B1 bekannt. Bezüglich der konstruktiven Einzelheiten wird daher auf die dortige Offenbarung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verstellvorrichtung, mit der der Stellkolben zum Verstellen der Schrägscheibe über einen großen Hubbereich verstellbar ist. In den 1a und 1b ist schematisch der Aufbau der Verstellvorrichtung in zwei Bauvarianten dargestellt. Bei der 1a handelt es sich um eine Verstellvorrichtung 10, welche einen Volumenstromregler 12 umfasst. An dem Volumenstromregler 12 schließt der nur rein schematisch dargestellte Stellkolben 14 mit angeschlossenem Stellhebel 36 an. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine Verschluss- und Stelleinheit 16 angeordnet. Der Volumenstromregler 12 weist im Wesentlichen einen Steuerkolben 18 auf, der eine topfförmige Ausnehmung 20 hat. In die topfförmige Ausnehmung 20 des Steuerkolbens 18 ragt eine Rückkopplungsfeder 22, die den Steuerkolben 18 mit dem hier nur schematisch dargestellten Stellkolben 14 verbindet. Mit 24 ist die Steuerungseinheit 24 für den Steuerkolben 18 bezeichnet, die die hydraulischen Anschlüsse für Hochdruck, Tankrückführung und Regeldruck darstellen sowie die Stelldruckbohrung.
In der 1b ist eine entsprechende Verstellvorrichtung 10 mit einem Leistungsregler 12' dargestellt. Hier ist auf der einen Seite ebenfalls eine Verschluss- und Stelleinheit 16 angeordnet. Der Steuerkolben 18 ist auch hier mit einer topfförmigen Ausnehmung 20 ausgebildet, wobei er in Bezug auf seine Topfform gegenüber dem Volumenstromregler um 180 Grad gedreht in der entsprechenden Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 aufgenommen ist. Auch beim Leistungsregler 12' ist eine Rückkopplungsfeder 22 vorgesehen, die in die topfförmige Ausnehmung 20 des Steuerkolbens 18 eintaucht. Diese Feder 22 stützt sich hier allerdings einerseits am Boden der topfförmigen Ausnehmung 20 und andererseits an einer Federplatte 26 ab, die über einen Stößel 28 mit dem Stellkolben 14 und somit mit dem an diesem anschließenden Stellhebel 36 verbunden ist.
In den 2 und 3 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel für einen Volumenstromregler gemäß 1a gezeigt. In einem zur sonst nicht näher dargestellten Axialkolbenmaschine gehörenden Gehäuseteil 30 ist eine Stellkolbenaufnahmebohrung 32 sowie eine Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 vorgesehen. Wie in der 2 dargestellt, ist der Durchmesser der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 größer als derjenige der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34, sodass ein Absatz ausgebildet ist. In der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 sitzt längsverschieblich der Stellkolben 14, an welchen ein Stellhebel 36 anschließt. Der Stellhebel 36 reicht mit seinem hier nicht dargestellten Ende zur ebenfalls nicht dargestellten Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine. In der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 ist ein Reglergehäuse 38 eingesetzt, in welchem ein als Stufenkolben ausgebildeter Steuerkolben 18 verschieblich sitzt. Der Steuerkolben 18 weist eine topfförmige Ausnehmung 20 auf. Am entsprechend ausgebildeten Boden der topfförmigen Ausnehmung stützt sich eine Rückkopplungsfeder 22 ab, die mit ihrem anderen Ende am Stellkolben 14 anliegt. Die Rückkopplungsfeder 22 erstreckt sich somit von der Steuerkolbenaufnahmebohrung hin zur Stellkolbenaufnahmebohrung.
In den freien Volumina der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 und der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 ist jeweils mit Hydrauliköl auf Stelldruckniveau gefüllt. Dieses füllt also auch die topfförmige Ausnehmung 20 aus. In der seitlichen Wandung des Steuerkolbens 18, welche die topfförmige Ausnehmung 20 umschließt, ist eine Stelldruckbohrung 40 vorgesehen, durch welche das Hydrauliköl eintreten kann. Im Reglergehäuse 38 sind eine Steuerdruckbohrung 42, eine Regeldruckbohrung 44, eine Hochdruckbohrung 46 und eine Tankbohrung 48 vorgesehen, durch die jeweils Hydrauliköl in Zusammenwirken mit dem als Stufenkolben ausgeführten Steuerkolben 18 zur Ansteuerung des Stellkolbens 14 fließt. Da diese Wirkungweise bekannt ist, bedarf es hier keiner weiteren Beschreibung.
Diese Bauweise führt gegenüber bekannten Kondtruktionen auch deswegen zu einer verkürzten Bauweise, da anstelle eines sich in Längenausdehnung an die Verschluß- und Stelleinheit 16 anschließenden Proportionalmagneten eine beliebig platzierbare Vorsteuereinheit vorgesehen ist, die mit der vorgenannten seitlich im Reglergehäuse 38 angeordneten Steuerdruckbohrung 40 verbunden ist.
Wie hier in der Zeichnung gezeigt, werden die Ölverbindungen zum Steuerkolben 18 durch radial oder schräg radial durch das Reglergehäuse 38 verlaufende Bohrungen herangeführt. Um für eine Ölverbindung einen hierfür ausreichenden Strömungsquerschnitt unter Ermöglichung eines in Bezug auf die Längsausdehnung des Reglers möglichst geringen Bauraum's zu schaffen, werden anstatt einer einzigen Bohrung entlang eines gedachten, die Mantelfläche des Reglergehäuse 38 umschließenden Kreises mehrere Bohrungen mit einem jeweils kleineren Durchmesser ausgeführt. In Bezug auf die Außenseite des Reglergehäuses 38 liegen die Bohrungen einer Ölverbindung bevorzugt an einem Nutgrund einer in das Gehäuse entsprechend eingebrachten durchgängigen Radial-Außennut. Dabei entspricht die Nut dem zuvor erwähnten gedachten Kreis. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass alle für ein Ölverbindung zugehörigen Radialbohrungen mit gleicher Effektivität zum beabsichtigtem Ölfluß des Hydrauliköls beitragen. Für das hier dargestellte Ausführungsbeispiel sind es die Steuerdruckbohrungen 42, die Regeldruckbohrung 44, die Hochdruckbohrung 46 und die Tankbohrung 48.
Die Anordnung der Stelldruckbohrung 40, in der Wandung des Steuerkolbens 18 stellt eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung dar. Üblicherweise ist auch die Stelldruckbohrung 40 als Radialbohrung im Reglergehäuse 38 vorgesehen. Als besondere Maßnahme zur Begrenzung der Baulänge des Steuerkolbens 18 und somit zu einem kompakten Aufbau des Reglers sind die Abstände zwischen den benachbarten Ringräumen, die die Bohrung enthalten, möglichst klein auszuführen. Allerdings ergeben sich hier für die Minimalabstände Grenzen. Der Längsabschnitt des Steuerkolbens 18, auf dem die Konturen von Steuerkanten aufgebracht sind, erfordert eine gewisse Ausdehnung, damit eine klar definierte und reproduzierbare Abhängigkeit zwischen der axialen Position des Steuerkolbens 18 und des über die Steuerkante auftretenden Druckverlustes herrscht. Darüberhinaus müssen jeweils benachbarte Volumina, in denen erwünschtermassen und funktionsbedingt stark voneinander abweichende Öldruckniveaus vorliegen können, einen gewissen Abstand voneinander aufweisen, um hier eine zu große Ölleckage zu vermeiden. Grundsätzlich besteht hier bei entsprechend beweglichen Teilen, immer eine gewisse Ölleckage, die auch als Schmierung zur Bewegung des Steuerkolbens 18 im Inneren des Reglergehäuses 38 notwendig ist. Wird diese Leckage allerdings zu hoch, ergibt sich eine unnötig hohe Verlustleistung im Regler. Im Extremfall kann eine zu hohe Leckage auch zu einer ungewollten Beeinflussung der Position des Steuerkolbens 18 führen. Die Leckage zwischen benachbarten Ringräumen kann beispielsweise durch das Aufbringen von einer oder mehreren als Spaltringdichtungen wirkenden Radialnuten auf der Mantelfläche des Steuerkolbens reduziert werden. Derartige zusätzliche Radialnuten sind in der 2 allerdings aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt.
Durch Verlegung der Stelldruckbohrung 40 in die Außenwandung des Steuerkolbens18 wird der Abstand zwischen den einzelnen Bohrungen im Reglergehäuse 30 vergrößert, sodass auch bei verringerter Baulänge des Reglers der Abstand zwischen den einzelnen Bohrungen vergleichsweise größer ist. Dadurch wird vor allem die gänzlich ungewollte Leckage an der Aussenseite des Reglergehäuses 18 hinreichend unterdrückt ohne das hierfür ein erhöhter Fertigungsaufwand erforderlich ist.
Über die Stelldruckbohrung 40 tritt das Hydrauliköl mit dem gewünschten Stelldruck in den freien Hohlraum der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 über die bestehende Fluidverbindung auch in die freien Bereiche der Stellkolbenaufnahmebohrung 32. Wie in der 2 dargestellt, wird vom Sacklochboden des Steuerkolbens 18 eine den Restbereich des Steuerkolbens 18 durchdringende Bohrung 50 vorgesehen. Hierdurch ist eine Ölverbindung geschaffen, sodass der vorliegende Hydraulikdruck den Steuerkolben 18 beidseitig mit dem Stelldruck beaufschlagt. Damit hier durch die gewünschte Kompensation zur Vermeidung einer ungewollten Verschiebung der Position des Steuerkolbens 18 durch den Stelldruck vorliegt, müssen beide mit dem in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Stelldruck beaufschlagten Querschnittsflächen des Steuerkolbens 18 gleich groß sein. Dieser Ausgleich wird im hier dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch geschaffen, dass der als Stufenkolben ausgebildete Steuerkolben 18 über einen Montagering 52 in das Reglergehäuse 38 eingesetzt wird.
In der Darstellung gemäß 2 ist der Stellkolben 14 und damit der an diesem anschließende Stellhebel 36 maximal ausgelenkt. In der 3 ist die Verstellvorrichtung gemäß 2 in einer anderen Position dargestellt. Hier ist der Stellkolben 14 und damit der daran anschließende Stellhebel 36 vollständig eingezogen. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Rückkopplungsfeder 22 im kontrahierten Zustand nahezu vollständig in der topfförmigen Ausnehmung 20 des Steuerkolbens 18 aufgenommen wird. Durch diese Konstruktion wird eine minimale Baulänge erreicht.
In der 4 ist eine Verstellvorrichtung 10 in einer konstruktiven Ausgestaltung gezeigt, die der schematischen Darstellung gemäß 1b entspricht. Hier ist ein Leistungsregler 12' integriert. Wesentliche Bauteile sind in gleicher Weise ausgeführt wie in den 2 und 3. So sind auch hier in einem Gehäuse 30 einer nicht näher dargestellten Axialkolbenmaschine eine Stellkolbenaufnahmebohrung 32 und eine Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 vorgesehen. In der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 ist auch hier wieder ein Stellkolben 14 mit anschließendem Stellhebel 36 eingesetzt. Hier ist der Stellkolben 14 in vollkommen eingezogener Position dargestellt. Der Stellhebel 36 ist in dieser Ausführungsform über einen Stößel 28, an dessen Ende eine Federplatte 54 angeordnet ist, mit der Rückkopplungsfeder 22 verbunden. Die gegenüberliegende Seite der Rückkopplungsfeder 22 liegt am Boden des hier ebenfalls mit topfförmiger Ausnehmung 20 versehenen Steuerkolbens 18 an. Somit taucht auch in dieser Ausführungsvariante die Rückkopplungsfeder 22 in die topfförmige Ausnehmung 20 des Steuerkolbens 18 ein. Durch die seitliche Wandung des Steuerkolbens 18 erstreckt sich auch in der hier dargestellten Ausführungsform die Stelldruckbohrung 40, wodurch sich die gleichen Vorteile ergeben, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Weiterhin sind eine Tankbohrung 48, eine Regeldruckbohrung 44 und eine Hochdruckbohrung 46 vorgesehen.
Die Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 und die Stellkolbenaufnahmebohrung 32 sind in den Ausführungen gemäß der 2 und 3 sowie in der Ausführungsform gemäß 4 coaxial zueinander ausgerichtet. Hierdurch verlaufen auch der Steuerkolben 18 und der Stellkolben 14 coaxial zueinander. Diese Ausführungsvariante hat allerdings den Nachteil, dass der über einen Stellhebel 36 mit der Schrägscheibe einer hier nicht dargestellten Axialkolbenmaschine verbundenen Stellkolben 14 eine über den Stellhebel 36 eingebrachte Querkraft kompensieren muss, die zu einer ungleichmässigen Beaufschlagung des Stellkolbens 14 in der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 führt.
Dieses Problem ist durch die konstruktive Ausgestaltung der Verstellvorrichtungen gemäß der 5 bzw. 6, 7 und 8 gelöst.
Bei der 5 handelt es sich um eine Verstellvorrichtung 10 entsprechend dem Aufbau der Verstellvorrichtung gemäß 3, wobei sich der Stellkolben 14 hier ebenfalls in der gleichen Position befindet, wie in der 3. Allerdings ist in dieser Ausführungsvariante die Stellkolbenaufnahmebohrung 32 gegenüber der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 um einen Winkel angewinkelt. Die hierdurch erreichte Kräftekompensation der über den Stellhebel 36 aufgeprägten Querkraft kann anhand der in 6 eingezeichneten Kräfte dargelegt werden. Dort ist prinzipiell das Kräftegleichgewicht am Stellkolben 14 gezeigt, wobei F_L die Längskomponente der Stellkraft, F_Q die Querkomponente der Stellkraft und die F_R die Rückstellkraft des Kolbens bezeichnet. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein typischer Winkel von ca. 2 Grad eingezeichnet, was zu einem stumpfen Winkel von 178 Grad führt, unter dem die jeweiligen Mittelachsen der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 einerseits und die Stellkolbenaufnahmebohrung 32 andererseits zueinander ausgerichtet sind. Dies ist nur eine beispielhafte Winkelangabe. Im Rahmen der Erfindung kann hier noch ein größerer oder kleinerer stumpfer Winkel Anwendung finden.
In 8 ist ebenfalls eine angewinkelte Ausführungsvariante einer Verstellvorrichtung gezeigt, hier allerdings als Leistungsregler 12', wie grundsätzlich in der 4 dargestellt. Gemäß dieser Darstellung ist ebenfalls die Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 gegenüber der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 angewinkelt. Bei dieser Ausführung ist der Stößel 28 schräg in den Stellkolben 14 geführt.
In der Ausführungsvariante gemäß 7 ist eine Kompensation der Querkraft dadurch erreicht, dass die Achse A der Steuerkolbenaufnahmebohrung 34 und die Achse B der Stellkolbenaufnahmebohrung 32 zueinander parallel verschoben, d.h. versetzt sind. Auch hierdurch kann bei entsprechender Einstellung des Versatzes die Querkomponente der Stellkraft, die durch den Stellhebel 36 aufgeprägt wird, kompensiert werden.
In sämtlichen Ausführungsvarianten kann die Rückkopplungsfeder 22 als eine Feder mit einer nicht linearen Federcharakteristik, d.h. hier mit einer progressiv ansteigenden Kraft-Federweg-Kennlinie, ausgebildet sein, insbesondere bei den Ausführungsvarianten der Verstelleinrichtung, die einen Leistungsregler 12' beinhalten. In 9 ist die entsprechende Federkennlinie dargestellt. Dort ist die vorgesehene auf die Feder ausgeübte Druckkraft über der vorgesehenen Längenverkürzung der Druckfeder aufgetragen. Die hier dargestellte Kennlinie hat examplarischen Charakter. Eine Gemeinsamkeit der auf der rechten Seite in drei unterschiedlichen Kontraktionsweiten abgebildeten Federn und derjenigen, die das auf der linken Seite dargestellte Kennfeld aufweist, ist das Vorliegen von drei Bereichen in denen die Feder unterschiedliche Federhärten aufweist. Im Kennfeld zeigt sich dies aufgrund des Vorliegens von drei geraden Abschnitten mit unterschiedlichen Steigungen. Anhand der dargestellten Feder ist das am Besten aus der ersten Darstellung erkennbar, bei der die geringste Konstraktion vorliegt. Hier weisen die benachbarten Federwindungen einen deutlich größeren Abstand auf. Im mittleren Längenabschnitt der Feder erkennt man einen deutlich geringeren Abstand benachbarter Federwindungen und im unterem Bereich ist dieser Abstand nochmals geringer.
Bei der Betrachtung einer Konstraktion einer solchen Feder ist folgendes zu beobachten. Ausgehend von einer sehr geringen und ansteigenden Kraftbeaufschlagung tragen in einem Bereich I alle Federwindungen zu einer Längenkonstraktion bei. Die Federwindungen, zwischen denen ohne dem Vorliegen einer Konstraktionskraft und einer innerhalb des Bereichs I vorliegenden Konstraktionskraft der geringste Abstand vorliegt, berühren sich nach dem Überschreiten einer bestimmten Kraft. Sobald dies eingetreten ist, ergibt sich bei diesen Windungen im Zuge einer weiter ansteigenden Konstrationskraft kein Beitrag einer weiteren Verkürzung der Federlänge. Ab einer Überschreitung eines nochmals höheren Schwellenwertes führt eine darüber hinaus anhaltend zunehmend Konstraktionskraft nur noch zu einem Zusammenstauchen der Federwindungen, die noch einen Abstand von ihrer benachbarten Windung aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung können auch Schraubenfedern zum Einsatz kommen, die eine andere Zahl von Kontraktions-Bereichen aufweisen oder aufgrund anderer Ausführungsformen eine nicht lineare Kraft-Federweg-Kennlinie haben bspw. durch das Aufweisen einer konusförmigen Kontur etc. Anstelle von Spiralfedern können auch andere Federn mit entsprechender Federcharakteristik verwendet werden. Es sind bespielsweise Kombinationen denkbar mit einer Schraubenfeder, die an einem oder beiden Federenden von einer Tellerfeder abgestützt ist oder sich auf einem Stapel von Tellerfedern abstützt. Diese Tellerfedern können dabei auch unterschiedliche Härten aufweisen.
Über den Einsatz einer entsprechenden nicht linearen Rückkopplungsfeder kann bei einem Leistungsregler, wie er beispielsweise in den 4 oder 8 dargestellt ist, eine Kennlinie erzielt werden, die sich dem Verlauf einer einer Hyperbel p_HD * Q = Konstant bei konstanter Drehzahl annähert. Das bedeutet dass das Produkt aus dem Hub der Triebwerkskolben und dem Druckniveau am Hochdruckausgang der Axialkolbenmaschine konstant ist. Mit p_HD ist in der vorgenannten Formel das Hochdruckniveau am Hochdruckausgang Hydraulikpumpe bzw. am Eingang des Hydraulikmotors bezeichnet. Q ist der Abgabevolumenstrom der Hydraulikpumpe bzw. der Aufnahmevolumenstrom des Hydraulikmotors, also hier der Axialkolbenmaschine. Durch das Einstellen unterschiedlicher Vorspannungen der nichtlinearen Rückkopplungsfeder erhält man eine Schar entsprechend der Darstellung nach 10 angedeuteten Kennlinien. Eine Grenze ist hier auf der einen Seite gegeben bei dem maximalen Hochdruck und auf der anderen Seite beim maximalen Hub der Triebwerkskolben, also dem Endanschlag.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012015503 A1 [0002]
EP 1220990 B1 [0003, 0006, 0009, 0019]

Claims

Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine mit einem Stellkolben, der über einen Stellhebel mit der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine verbunden ist, und einem Regler zum Einstellen des auf den Stellkolben wirkenden Stelldrucks in Abhängigkeit von einer auf einen Steuerkolben des Reglers einwirkenden Steuerkraft, wobei der Stellkolben mit dem Steuerkolben über eine Rückkopplungsfeder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsfeder zumindest teilweise in einer topfförmigen Ausnehmung des Steuerkolbens aufgenommen ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben in einer Steuerkolbenaufnahmebohrung angeordnet ist und dass der Stellkolben in einer Stellkolbenaufnahmebohrung angeordnet ist, dass die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung ineinander übergehen, wobei die Stellkolbenaufnahmebohrung einen größeren Durchmesser aufweist als die Steuerkolbenaufnahmebohrung.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung coaxial zueinander ausgerichtet sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung unter einem Winkel zueinander ausgerichtet sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkolbenaufnahmebohrung und die Stellkolbenaufnahmebohrung in Bezug auf ihre jeweiligen Achsen parallelverschoben zueinander ausgerichtet sind.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte freie Volumen der Steuerkolbenaufnahmebohrung und somit auch die topfförmige Ausnehmung mit Hydrauliköl auf Stelldruckniveau gefüllt ist, wobei sie in ihrer Wandung mindestens eine Stelldruckbohrung und mindestens eine axiale Bohrung zur der topfförmigen Ausnehmung gegenüberliegenden Seite des Steuerkolbens aufweist und mit dem den Stellkolben aufnehmenden Stellzylinder fluidverbunden ist.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vom Stellkolben ausgehend ein Stößel durch den Steuerkolben geführt ist, wobei am freien Ende des Stößels ein Federteller vorhanden ist und wobei sich die Rückkopplungsfeder einerseits am Federteller und andererseits am Boden der topfförmigen Ausnehmung des Steuerkolbens abstützt.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der auf seiner Außenseite gestufte Steuerkolben an einem seiner Enden über einen Ring in die Steuerkolbenaufnahmebohrung montiert ist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler als Volumenstrom- oder als Leistungsregler ausgeführt ist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsfeder eine nichtlineare Federcharakteristik mit einer progressiv ansteigende Kraft-Federweg-Kennlinie aufweist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsfeder einteilig ausgeführt ist.